第六章 地理信息系统（3）

1、第 六 章地理信息系统GIS主要内容v6.1 GIS的概述v6.2 GIS的组成与工作原理v6.3 GIS空间数据的组织与管理v6.4 GIS在物流管理中的应用6.1 GIS的概述6.1.1 GIS相关概念v地地理理：是研究地球表面的地理环境中各种自然现象和人文现象，以及它们之间相互联系的学科。v地理信息地理信息：是指与研究对象的空间地理分布有关的信息，它表示地球表层物体及环境固有的数量、质量、分布特征、相互联系和变化规律。v地理信息处理具备信息的一般特性外，还具备具备以下以下特性：特性：（1）空间定位特征（2）多维结构特征（3）时序动态特征（4）大信息量特性三、地理信息系统GISv地理信息系

2、统（地理信息系统（GISGIS）是在计算机软硬件支持下，运用系统工程和信息科学方法，对地表空间数据进行采集、存储、显示、查询、操作、分析和建模，以提供对资源、环境和区域等方面规划、管理、决策和研究的人机系统。主要提供空间信息查询和分析、可视化、制图和辅助决策等功能。v与一般的信息系统相比，地理信息系统具有以下特征：具有以下特征：（1）目的专一性（2）处理数据的多样性（3）强调空间分析（4）与其他学科密切相关GIS与其他信息系统的关系信息系统非空间信息系统管理信息系统空间信息系统非地理信息系统CAD/CAM研究范围地理信息系统地理信息系统研究内容全球GIS数据模型专题地理信息系统区域GIS地理G

3、IS交通GIS综合地理信息系统资源与环境GIS规划与管理GIS矢量GIS矢量GIS矢量GISGIS与其他信息系统的不同比较项目比较项目GISGISMISMIS数据类型数据类型有空间分布特点，由点、线、面及相互关系组成主要为属性数据和统计分析主要为属性数据和统计分析数据数据数据源数据源图形图像及地理特征属性表格、统计数据、报表表格、统计数据、报表输出结果输出结果图形图像产品、统计报表、文字报告、表格表格、报表、报告表格、报表、报告硬件配置硬件配置外设、数字化仪、扫描仪、绘图机、打印机、磁带机主机：要求高档PC或工作站打印机、键盘、一般打印机、键盘、一般PCPC软件软件要求高，价格昂贵。例如：用于

4、PC的软件一般为3万元，用于工作站的软件一般为5-10万元要求低、便宜、标准规格统要求低、便宜、标准规格统一，如：一，如：ORACALORACAL处理内容处理内容用于系统分析、检索、资源开发利用或区域规划，地区综合治理，环境监测，灾害预测预报查询、检索、系统分析、办查询、检索、系统分析、办公管理公管理工作方式工作方式人机对话，交互程度高人为干预少人为干预少共同点共同点均以计算机为核心，数据量大而复杂均以计算机为核心，数据量大而复杂6.1.2 GIS的发展vGISGIS在国外的在国外的发展发展（1 1）6060年代起源于北美年代起源于北美：加拿大国家土地调查局为了处理大量的土地调查资料，于60年

5、代开始建立GIS。（2 2）7070年代是巩固发展阶段年代是巩固发展阶段：这个阶段的GIS充分利用了新的计算机技术，但系统的数据分析能力仍然很弱（3 3）8080年代高速发展阶段年代高速发展阶段：应用领域迅速扩大，具有了栅格-矢量转换技术、自动拓扑编码、图符自动拼接、空间数据库管理等等新的技术突破。（4 4）9090年代后应用普及阶段年代后应用普及阶段：GIS从技术上将向更具有互操作性和更加开放化、网络化、分布化、移动化、可视化的方向发展。vGISGIS在国内的发展在国内的发展（1 1）准备阶段（）准备阶段（19801980年到年到19851985年）年）：进行舆论准备，正式提出倡议，开始组建

6、队伍、组织个别实验研究。（2 2）起步阶段（）起步阶段（19861986年到年到 19901990年）年）：从七五计划开始作为政府行为，正式列入国家科技攻关计划（3 3）快速发展阶段（）快速发展阶段（9090年代末到现在）年代末到现在）：执行地理信息系统和遥感联合科技攻关计划，强调地理信息系统的实用化、集成化和工程化。6.1.3 GIS的功能与分类一、GIS的功能（1）数据采集和编辑 （2）空间信息查询和分析（3）制图功能 （4）辅助决策功能二、GIS的分类（1）工具型GIS：工具型GIS也称为GIS工具、GIS开发平台、GIS外壳、GIS 基础软件等，具有地理信息系统的基本功能，但没有具体的

7、应用目标，只是供其他系统调用或用户进行二次开发的操作平台。 MAPGIS ARC/INFO MAPINFO （2）应用型GIS：应用型GIS是根据用户需求和应用目的而设计的解决实际问题的GIS，具有具体的应用目标、特定的数据、特定的规模和特定的服务对象。1）专题GIS：是以某个专业领域为其研究和分析对象的系统2）区域GIS：是以某个地区为其研究和分析对象的系统 铁路GIS 公安警用GIS 医疗机构GIS 6.2 GIS的组成与工作原理6.2.1 GIS的组成 GIS首先是一个信息系统，是一个人机交互系统。主要由计算机硬件系统、计算机软件系统、地理空间数据、系统用户4个部分。图 形 编 码 请

8、求属 性 编 码 请 求接 口图 形 数 据 获 取属 性 数 据 获 取查 询 功 能制 图 功 能查 询 请 求输 出 请 求扫描数字化窗口条件属性条件打印机绘图仪显示器跟踪数字化DTM点线面地 理 信 息 系 统 数 据 库 与 数 据 库 管 理 系 统 空 间 数 据 处 理 空 间 数 据 分 析 规 划 、 管 理 和 决 策 模 型 信 息 显 示 与 制 图 输 出 一、GIS的计算机硬件系统组成v计算机硬件设备：输入/输出设备、中央处理单元、存储器（包括主存储器、辅助存储器）等。vGIS专用设备支持：比如数字化仪、扫描仪、绘图仪等。另外随着信息技术的不断发展v计算机网络 二

9、、GIS的软件组成信息系统的软件：如操作系统、工具软件（如数据库管理系统DBMS）和通用应用软件（如OFFICE等）GIS的专用软件：如计算机图形软件包、CAD、图像处理软件等。三、地理空间数据库GIS中的数据根据其来源可以包括以下类型：（1）地图数据（2）影像数据（3）地形数据（4）属性数据（5）元数据：描述数据的数据四、系统用户 如果没有人来管理系统、制定计划、应用于实际问题，GIS将没有什么价值。系统用户主要是指GIS的系统开发、管理和使用人员。6.2.2 GIS的工作原理GIS工作流程以分为5个阶段：（1）数据采集与输入（2）数据编辑与处理（3）数据存储与管理（4）空间统计与分析（5）

10、数据显示与输出功能 图6-10 GIS的数据采集GIS数据输出示例051015202530354045500-33-55-88-1515-2525-3535-4545坡度分级(1:5万)栅格占总数百分比（%）0-33-55-88-1515-2525-3535-4545-601：1万坡度分级 专题图 影像图 统计表 6.3 GIS的空间数据的组织与管理6.3.1 GIS的空间数据模型与结构一、数据模型 数据模型是把现实世界的信息转换存储的计算机世界的中间过程，对地理信息的数据表达可以采用矢量数据模型和栅格数据模型。（百度地图、地球仪：行政图、卫星图）矢量模型与栅格模型矢量模型与栅格模型 优优点点

11、缺缺点点矢量矢量模型模型表示地理数据的精度较高数据结构严谨，数据量小能够完整描述拓扑关系图形输出美观实现图形数据的恢复、更新和综合数据结构复杂叠加分析与栅格图组合难数学模拟比较困难空间分析技术上比较复杂栅格栅格模型模型数据结构简单空间数据的叠置和组合方便便于实现各种空间分析数学模拟方便技术开发费用低数据量大降低分辨率，信息损失地图输出不够精美难以建立网络连接关系投影转换较为费时二、数据结构（1 1）栅格数据结构）栅格数据结构 栅格数据模型最简单的格式是用规则的正方形或矩形栅格组成每个栅格或像素（对图像元素）的位置由栅格所在的行列号定义一个点（如房屋）由单个栅格表达，一条线（如河流）等在栅格文件

12、中，每个栅格只能赋于唯一的值（2 2）矢量数据结构）矢量数据结构基于矢量模型的数据结构简称为矢量数据结构矢量也叫向量，数学上称“具有大小和方向的量”为向量通过记录坐标的方式来表示点、线、面等地理实体空间分布的一种数据组织方式这种数据组织方式定位明显、属性隐含，能最好地逼近地理实体三、数据结构的转换从矢量到栅格的转换（栅格化）（栅格化）从栅格到矢量的转换（矢量化）（矢量化） 6.3.2 GIS的空间数据的组织一、图幅数据组织 GIS中将某一问题域或某一项GIS任务称为一个GIS工程。由于GIS工程涉及范围广（如全市、全省、全国甚至全球），在管理空间数据时必须进行分幅管理（同传统地图分幅）。 图幅

13、一般对应一块区域，常见的分幅方式有标准分幅和区域分幅。例如研究县域的土地利用现状图就会有乡镇分幅和1：1万分幅两种形式。根据需要往往将一幅或相邻几幅图当作一个工作单元，称之为工作区GIS工程工作区1图符1工作层1地物类1地物1工作区2图符2工作层2地物类2地物2工作区年n年nn图符n工作层n地物类n地物n6.3.3 GIS的空间数据的管理vGISGIS空间数据库空间数据库：也称地理信息系统的数据库或地理数据库，是某一区域内关于一定地理要素特征的数据集合，是地理信息系统在计算机物理存储介质存储的与应用相关的地理空间数据的总和，一般是以一系列特定结构的文件的形式组织在存储介质之上的。v空间数据库的

14、组成空间数据库的组成影像空间数据库数字高程模型空间对象属性图形6.3.3 GIS的空间数据的管理vGISGIS空间数据库空间数据库：也称地理信息系统的数据库或地理数据库，是某一区域内关于一定地理要素特征的数据集合，是地理信息系统在计算机物理存储介质存储的与应用相关的地理空间数据的总和，一般是以一系列特定结构的文件的形式组织在存储介质之上的。v空间数据库的组成空间数据库的组成影像空间数据库数字高程模型空间对象属性图形6.3.3 GIS的空间数据的管理二、矢量数据的管理（1）文件关系数据库混合管理（2）全关系型数据库管理（3）对象关系数据库管理三、栅格数据的管理（1）文件管理方式（2）文件数据库管

15、理方式（3）关系数据库管理6.4 GIS在物流中的应用6.4.1 GIS在物流分析中的应用（1 1）车辆路线模型）车辆路线模型：用于解决一个起始点、多个终点的货物运输中如何降低物流作业费用并保证服务质量的问题。（2 2）最短路径模型）最短路径模型：最短路径算法会计算出从出发点到目标点的最短路径怎么走。最短路径算法上的模型是基于图数据结构的搜索，生成路径。（3 3）网络物流模型）网络物流模型：用于解决寻求最有效的分配货物路径问题，也就是物流网点布局问题。（4 4）分配集合模型）分配集合模型：可以根据各个要素的相似点把同一层上的所有或部分要素分为几个组，用以解决确定服务范围的销售市场范围等问题。（

16、5 5）设施定位模型）设施定位模型：用于确定一个或多个设施位置。在物流系统中，仓库运输线共同组成了物流网络，仓库处于网络的节点上，节点决定线路。6.4.2 GIS在配送中心中的应用（1 1）配送区域划分）配送区域划分：企业可以参照地理区域，根据各个要素的相似点把同一层上的所有或部分要素分为几个组，用以解决确定服务和销售市场范围等问题。（2 2）客户定位）客户定位：可以在地图上对新客户进行地理位置的定位或者修改老客户的地理位置，从而使企业能精确的确定配送点和客户的位置。（3 3）物流中心选址）物流中心选址：在既定区域内设立多少个仓库，每个仓库的位置，每个仓库的规模，以及仓库之间的物流关系等，运用

17、此模型均能很容易地得到解决。（4 4）物流配送的动态监测）物流配送的动态监测：可以将纸面上的表格和图形通过GIS 转化为空间网络图，使物流信息更加形象化和直观化。（5 5）信息查询）信息查询：对配送范围内的主要建筑、运输车辆、客户等进行查询，查询资料可以以文字、语言及图象的形式显示，并在电子地图上显示其位置。6.4.3 GIS在运输管理中的应用（1 1）实时监控）实时监控：经过GSM网络的数字通道，将信号输送到车辆监控中心，监控中心通过差分技术换算位置信息，然后通过GIS将位置信号用地图语言显示出来（2 2）定位跟踪）定位跟踪：在主控中心的电子地图上选定跟踪车辆，将其运行位置在地图画面上保存，精确定位车辆的具体位置、行驶方向、瞬间时速，形成直观的运行轨迹。（3 3）指挥调度）指挥调度：监控中心借助于GIS就可以根据车辆信息、位置、道路交通状况向车辆发出实时调度指令，实施车载配货等。（4 4）规划车辆路径）规划车辆路径：结合真实环境中所采集到的空间数据，分析客、货流量的变化情况，对公司的运输线路进行优化处理，可以便利地实现以费用最小或路径最短等目标为出发点的运输路径规